Prédire la réponse des prairies pâturées à une élévation de la concentration en CO2 revêt une importance majeure dans la mesure où cet écosystème représente environ 20% de la surface terrestre non immergée mais aussi, parce que les sols prairiaux représentent un puit majeur de carbone (C). La réponse des prairies à un enrichissement en CO2 est fortement contrôlée par la disponibilité des autres nutriments et en particulier l'azote (N). De nombreuses expériences ont par le passé étudié le cycle de l'azote en prairie sous CO2 enrichi mais aucunes de ces études n'a inclus le pâturage. Dans le cadre de cette thèse, je présente des données concernant les effets du CO2 sur le cycle de l'N provenant d'un système expérimental (FACE: enrichissement en dioxyde de carbone à l'air libre) permettant d'inclure des ruminants. Cette thèse est dédiée à l'étude des effets de l'élévation en CO2 sur les différents processus impliqués dans les retours de matière organique (MO) de la plante vers le sol et leurs conséquences pour la disponibilité en N. Dans le Chapitre 1, il a été montré que le CO2 pouvait modifier les retours d'N par les ruminants en affectant la partition d'N entre l'urine et les faeces, ce qui induisait des pertes d'N potentiellement accrues. La décomposition de la litière végétale, considérée à l'échelle de l'écosystème, n'a pas été affectée par le CO2 (Chapitre 3) mais une forte augmentation du volume de MO retournant au sol depuis les racines a induit une accumulation de MO grossière dans le sol (Chapitre 4). Au cours du Chapitre 5, à l'aide d'un double marquage isotopique 14C et 15N, nous avons comparé les effets court terme (transmis par la plante) et long terme (transmis par le sol) du CO2 sur la dynamique de la MO du sol et il a été conclu que l'accumulation de MO n'était pas causée par une limitation en C ou en N mais probablement par la disponibilité en autres nutriments. Cette thèse démontre que l'inclusion des ruminants peut fortement modifier la réponse des prairies au CO2. Dans la mesure où ce mode d'utilisation des pâtures est largement majoritaire, prédire les réponses des pâtures à un enrichissement en CO2 doit provenir de systèmes où les ruminants sont partie intégrante.